Cosmic Rays in the Milky Way and Beyond
宇宙射线是深空探测器。它们使我们能够研究粒子加速、星际介质的化学成分以及银河系的整体性质。然而，直到最近，对CR的研究类似于使用模糊镜头的天文观测，只捕捉视场中所有恒星的整体亮度。得益于最近的技术发展，我们的“镜头”现在能够捕捉清晰的图像并对所有CR物种进行精确测量。我们拥有全系列独特的仪器，可用于直接测量太空中的CR以及对其发射进行多波长观测，更多任务即将到来。揭开面纱的画面令人惊叹。本文简要概述了银河系和其他恒星形成星系中CRs天体物理学的令人兴奋的发展。
2013-08-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gamma Rays, Electrons, Hard X-Rays, and the Central Parsec of the Milky Way
银河系中心复杂的相互作用过程是过去、现在和（可能）未来众多谜团的核心。我们的目标是更全面地了解如何扩展到>10 TeV的光谱结果。我们首先建立一个简化的模型来解释强中心秒差距光子场的特殊能量和角度依赖性。这允许计算各向异性逆康普顿散射和映射由于伽马伽马-> e^+ e^-衰减的伽马射线消光。耦合这些与不断发展的电子光谱的方法，我们研究了几个明确的和目前的过剩，包括扩散的硬X射线所看到的NuSTAR和GeV伽马射线费米。我们解决进一步的应用，宇宙射线，暗物质，中微子和伽马射线从中心和超越。
2016-11-27 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Interstellar gamma rays and cosmic rays: new insights from Fermi-LAT AND INTEGRAL
在两年多的运行中，费米-LAT彻底改变了我们对伽马射线天空的认识。星际伽马射线是这个新时代的一部分，它允许对银河系中的宇宙射线模型进行前所未有的测试。INTEGRAL/SPI数据向低能量的扩展也在不断发展。本文导出了银河系的多波长光度，并讨论了银河系能量平衡和射电-远红外关联。
2011-01-07 astro-ph.HE
ASTRO-H White Paper - High Resolution Spectroscopy of Interstellar and Circumgalactic Gas in the Milky Way and Other Galaxies
我们描述了高分辨率成像光谱与ASTRO-H上的SXS的潜力，以促进我们对我们自己的银河系和其他星系的星际和环星系介质的理解。要解决的主题范围从银河系星际介质中的尘埃吸收光谱，观测约束的总质量，金属和能量流的星暴星系。
2014-12-03 astro-ph.HE
Cosmic Rays in the Inner Galaxy and the Diffusion Properties of the Interstellar Medium
最近测量的宇宙伽马射线强度高达TeV的能量已被用来估计的光谱形状的母宇宙射线粒子存在于星际介质。这种情况下，在内部星系的粒子谱是平坦的比本地和外部星系。在各种可能的解释中，我们认为粒子的传播在更动荡的内星系星际介质中是不同的。内星系异常扩散的特征参数α可能小于局部值，相应的宇宙线粒子γ的幂律谱指数也可能不同于局部值。参数有利于一个值的α低于当地的约三角洲α = 0.2，其结果是三角洲γ = 0.1的母粒子。
2012-12-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fermi-LAT Observations of the Diffuse Gamma-Ray Emission: Implications for Cosmic Rays and the Interstellar Medium
大于100 MeV的伽马射线天空主要是由宇宙射线与银河系星际气体和辐射场相互作用产生的漫射辐射。对这些漫射辐射的观测为研究宇宙射线的起源和传播以及星际介质提供了一种工具。我们目前的测量从第一个21个月的费米-LAT任务，并与使用GALPROP代码产生的漫射伽马射线发射的模型进行比较。这些模型适合宇宙射线数据，并纳入宇宙射线源、星际气体和辐射场分布的天体物理输入。为了评估与天体物理输入相关的不确定性，通过在观测极限内改变宇宙射线源的分布、宇宙射线约束体积（晕）的大小和星际气体的分布来创建模型网格。一个全天空的最大似然拟合被用来确定Xco因子，积分CO线强度和分子氢柱密度之间的比率，从第一费米LAT目录的伽马射线点源的通量和光谱，以及强度和光谱的各向同性背景，包括残留的宇宙射线被误分类为伽马射线，所有这些都有一些依赖于假设的漫发射模型。模型进行比较的基础上，他们的极大似然比，以及光谱，经度和纬度配置文件。我们还提供了残差图的数据减去扩散发射模型。该模型是一致的，在高纬度和中纬度的数据，但低于预测的数据在内部星系的能量超过几个GeV。这种差异的可能解释进行了讨论，包括未检测到的点源人口和整个银河系的宇宙射线的光谱变化的贡献。[删节]
2012-02-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Non-thermal X-rays and interstellar gas toward the γ-ray supernova remnant RX J1713.7-3946: Evidence for X-ray enhancement around CO and HI clumps
RX J1713.7-3946是最引人注目的甚高能γ射线超新星遗迹，它发射的同步辐射X射线没有热特征。为了更好地理解X射线与分子和原子气体之间的关系，我们对CO、HI和X射线进行了比较研究。结果表明，X射线增强周围的CO和HI团块的pc尺度上，但在0.1 pc尺度上的团块内减少。激波与分子和原子气体相互作用的磁流体动力学数值模拟表明，激波与团块之间的相互作用激发了湍流，从而放大了团块周围的磁场（Inoue等人，2012年）。我们认为，CO和HI团簇周围的放大磁场增强了同步加速器X射线，并可能加速宇宙射线电子。
2013-09-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fermi LAT Observation of Diffuse Gamma-Rays Produced Through Interactions between Local Interstellar Matter and High Energy Cosmic Rays
本文报告了大口径望远镜在\textit{Fermi}任务中对第三象限中纬度地区（从$200\arcdeg$到$260\arcdeg$的银河经度$l$和从$22\arcdeg$到$60\arcdeg$的纬度$| b |$）的$γ$ -射线的观测。该地区不包含已知的大分子云，大部分氢原子位于太阳系1千秒差距以内。计算了$γ$射线点源和逆康普顿散射的贡献，并将其相减.在100 MeV ~ 10 GeV的能量范围内，剩余的$γ$射线强度与原子气柱密度呈线性关系.测得的积分$γ$射线发射率分别为100 MeV以上的$(1.63 \pm 0.05) \times 10^{-26} {\rm photons s^{-1} sr^{-1} H\mathchar`-atom^{-1}}$和300 MeV以上的$(0.66 \pm 0.02) \times 10^{-26} {\rm photons s^{-1} sr^{-1} H\mathchar`-atom^{-1}}$，附加系统误差为$\sim 10%$ .在100 MeV-10 GeV的差分发射率同意与直接测量的宇宙射线光谱的基础上，在10%的水平一致的计算。结果表明，在所研究的区域，距太阳系1千秒差距以内的宇宙线核谱与在地球上直接测量的$\sim 10%$以内的星际谱接近。
2009-08-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
Multi-wavelength Signatures of Cosmic Rays in the Milky Way
宇宙射线在银河系中传播，并与星际介质和磁场相互作用。这些相互作用产生跨越电磁波谱的发射，并且是理解远距离区域中CR的强度和光谱的宝贵工具，远远超出直接CR测量所探测的那些。我们提出了最新的CR性能的研究相结合的星际发射和最新的CR直接测量与传播模型的多频观测。
2017-12-28 astro-ph.HE
When Dark Matter interacts with Cosmic Rays or Interstellar Matter: A Morphological Study
在银河系中心区域的方向上，超过预期的漫射天体物理背景的过量发射已经在各种波长上被声称，从无线电到伽马射线。在被提倡用来解释这些观测结果的粒子模型中，有几个模型援引了暗物质粒子与普通物质（如宇宙射线、星际气体或自由电子）之间的相互作用。根据特定的星际物质粒子的种类和能量，这些模型预测了不同的形态特征。在这项研究中，我们做了详细的预测模型的形态，相关的电磁辐射是成比例的产品的暗物质密度分布和星际物质或宇宙射线的密度。我们比较预测的纬度和经度分布与观测，并提供了相关的空间模板。
2015-04-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A detailed study of the interstellar protons toward the TeV $γ$-ray SNR RX J0852.0$-$4622 (G266.2$-$1.2, Vela Jr.); a third case of the $γ$-rays and ISM spatial correspondence
我们提出了一个新的分析的星际质子对TeV $γ$射线SNR RX J0852.0 $-$ 4622（G266.2 $-$ 1.2，Vela Jr.）。我们使用NANTEN 2 $^{12}$ CO（$J$ = 1-0）和ATCA & Parkes HI数据集，以推导出与SNR的TeV $γ$射线壳层相关的分子和原子气体。我们发现，原子气体的速度范围从$V_\mathrm{LSR}$ = $-4$ km s $^{-1}$到50 km s $^{-1}$或60 km s $^{-1}$与整个SNR，而分子气体与SNR的有限部分。大的速度色散的HI归因于膨胀运动的几个HI壳重叠向SNR，但不是由于银河系的旋转。相关HI和分子气体的总质量估计分别为$\sim2.5 \times 10^4 $ $M_{\odot}$和$\sim10^3$ $M_{\odot}$。与H.E.S.S. TeV $γ$ -射线表明星际质子的平均密度约为100 cm $^{-3}$，并与TeV $γ$ -射线显示出良好的空间对应关系。总宇宙射线质子能量估计为强子$γ$ -射线产生的$\sim10^{48}$ erg，由于星际质子对SNR体积的填充因子很小，这可能仍然被低估了几个因子。这一结果提出了第三种情况下，RX J1713.7 $-$ 3946和HESS J1731 $-$ 347，TeV $γ$ -射线和星…
2017-10-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Molecular and atomic gas in the young TeV γ-ray SNRs RX J1713.7-3946 and RX J0852.0-4622; evidence for the hadronic production of γ-rays
星际分子云是恒星形成的场所，也是宇宙线质子通过强子过程产生γ射线的目标。星际原子气体包裹着分子云，其密度也可能足以影响γ射线的产生。在这一章中，我们将回顾星际气体在分子和原子两种形式下的一些基本性质。在此基础上，对两个TeV年轻的γ射线信噪比RX J1713.7-3946和RX J0852.0-4622进行了分析，发现它们的γ射线与星际质子具有良好的空间对应关系。这种良好的空间对应性为这些超新星核反应堆中γ射线的强子起源提供了支持。强调了分子氢和原子氢作为宇宙射线质子靶的作用。目标星际介质（ISM）质子的聚集分布在超新星激波与ISM的相互作用中是至关重要的，而具有均匀ISM分布的模型是不可行的。最后，提出了在局域ISM中，致密的无分子原子气体可能占据暗气体的主要部分。
2013-04-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Weighing the Local Interstellar Medium using Gamma Rays and Dust
针对冷气体测量归一化不确定性大的问题，提出利用Fermi-LAT伽马射线数据测量总气体密度的新方法，精度与既往工作相当且系统误差独立，结果可覆盖顶尖实验的结果范围。
2023-01-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Nuclear interactions of low-energy cosmic rays with the interstellar medium
动能低于每核子1 GeV的宇宙射线被认为在星际介质的化学和动力学中起着关键作用。它们也被认为负责轻元素Li、Be和B的核合成。然而，人们对低能宇宙射线的通量和成分知之甚少，因为太阳调制效应使得不可能在地球附近直接探测到这些粒子。我们首先讨论了轻元素给宇宙线研究带来的信息。然后，我们讨论了探测低能宇宙射线与星际核相互作用产生的核γ射线谱线发射的前景。
2011-09-08 astro-ph.HE
On the Physics Connecting Cosmic Rays and Gamma Rays: Towards Determining the Interstellar Cosmic Ray Spectrum
由于费米空间观测站上的大面积望远镜获得了对~50 MeV至~40 GeV的局部星际气体伽马射线发射率的高质量测量，次级核生产物理学正受到越来越多的关注。超过90%的1 GeV以上的气体相关发射率归因于宇宙射线和星际物质碰撞中形成的中性π介子衰变产生的伽马射线，轻子引起的过程在1 GeV以下变得越来越重要。根据两个物理问题重新研究了中性π介子产生和衰变的基本运动学：等压产生是否遵循标度行为？以及通过中间体π 0的产生而形成具有一定能量的伽马射线所需的最小质子动能是多少？发射率光谱将使星际宇宙射线光谱能够可靠地确定，为起源和传播研究以及太阳调制模型的输入提供参考。这种分析的方法和说明性的结果。
2013-03-26 astro-ph.HE
PeV neutrinos from interactions of cosmic rays with the interstellar medium in the Galaxy
本文对IceCube观测到的天文中微子信号的一部分--来自银河系内部的甚高能中微子信号进行了自洽解释。我们证明，在E>100 TeV的能量范围内的中微子通量的估计在于从银河脊的漫射伽马射线发射的光谱的高能量幂律外推，如费米望远镜所观察到的。这表明冰立方中微子和费米/LAT γ射线通量都是在宇宙射线与诺玛臂和/或银河棒中的星际介质相互作用中产生的。导致γ射线和中微子通量的宇宙射线具有硬谱特征，其斜率大于-2.4，截止能量大于10 PeV。
2014-05-30 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
IMAGINE: A comprehensive view of the interstellar medium, Galactic magnetic fields and cosmic rays
在本白皮书中，我们介绍了IMAGINE联盟及其科学背景，目标和结构。我们的目的是协调和促进各种研究人员在星际介质、银河磁场和宇宙射线等广泛领域的努力，我们的目标是更全面地了解星际磁场的结构和作用及其与宇宙射线的相互作用。为了达到更高水平的自我一致性，深度和严谨性只能通过参与观测，理论和数值工作的天体物理学不同领域的专家的协调努力来实现。我们提出了我们对这一专题现状的看法，确定了其未解决的关键问题，并提出了一项将支持我们工作的战略。该联盟的骨干是星际磁场推理引擎，这是一个公开可用的贝叶斯平台，采用强大的统计方法来探索使用任何数量的模块化输入的多维似然空间。它提供了一个解释和建模框架，具有将各种观测、理论和数字证据纳入热和非热星际介质自洽和全面图像的能力和灵活性。一个重要的创新是，对直接或间接受银河磁场影响的现象，如超高能宇宙射线的偏转或河外背景的一致理解，成为建模的一个组成部分。IMAGINE联盟本质上是非正式的，对新的参与者开放，在此提出一个方法框架，用于模拟和理解银河磁场，可供所有研究依赖于最先进的解决方案的社区使用。（节录）
2018-09-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gamma-ray and radio background constraints on cosmic rays in Milky Way circumgalactic medium
研究了宇宙射线（CR）与银河系弥散环星系气体相互作用产生的强子$γ-$射线辐射和射电同步辐射。我们的目标是约束我们的环银河系介质（CGM）的帮助下，所观察到的各向同性$γ$射线背景（IGRB），其各向异性和无线电连续的CR人口。我们修改了不同的模型CGM气体在流体静力平衡中讨论的文献中，包括宇宙线人口，参数化$η\equiv P_{\rm CR}/P_{\rm th}$。对于最简单的等温模型，虽然IGRB强度允许$η\lesssim 3$，但太阳系偏离中心位置（MW）导致的各向异性排除了所有$η$值。对于沉淀模型，其中CGM气体的冷却以冷却时间与自由下落时间的最佳比率进行调节，而观察到的IGRB强度允许$η\lesssim 230$，观察到的各向异性仅允许非常大的$η$值，为$\gtrsim 100$。射电连续谱限制了降水模型的$η\lesssim 400$，并且不约束等温模型，然而，这些约束通过与CR扩散时间尺度相当的同步辐射损失时间来减轻。这些界限是相关的，目前的数值模拟表明一个显着的CR人口CGM星系MW质量。
2020-10-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Ray Interstellar Propagation Tool using Itô Calculus (criptic): software for simultaneous calculation of cosmic ray transport and observational signatures
我们目前的critic，宇宙射线星际传播工具使用伊藤演算，一个新的开源软件包，模拟宇宙射线通过星际介质的传播，并计算由此产生的可观测的非热发射。Criptic求解了描述宇宙射线在大于其俯仰角变得近似各向同性的尺度上的传输的福克-普朗克方程，并将其与能量范围为$\sim$ MeV至$\sim$ PeV的宇宙射线损失能量并产生发射的微观物理过程的丰富而准确的处理相结合。对于宇宙射线传输模型和宇宙射线穿过的背景等离子体的状态，批判者故意不可知。它可以解决其中宇宙射线流动、扩散或执行两者的任意组合的问题，并且描述这些传输过程的系数可以是背景等离子体状态、宇宙射线本身的性质以及宇宙射线场本身的局部积分（例如，局部宇宙射线压力或压力梯度）。代码使用混合OpenMP-MPI范式并行化，允许在现代超级计算机上利用多个核心和节点进行快速计算。在这里，我们描述了在代码中使用的数值方法，我们的微物理过程的治疗，以及一套代码的测试和验证，我们已经执行。
2022-09-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Erosion of Icy Interstellar Objects by Cosmic Rays and Implications for `Oumuamua
我们研究了宇宙射线和气体碰撞对冰质星际物体的破坏和改变。利用在本地星际介质中测量的宇宙射线通量以及从不同银河中心半径的伽马射线观测中推断的宇宙射线通量，我们发现宇宙射线侵蚀对于由常见类型的冰组成的星际物体是重要的。有趣的是，宇宙射线加热可能会非常有效地破坏冰冷的星际物体，因此，\citet{jackson2021}在解释“Oumuamua”的组成时提出的N $_2$碎片的初始大小至少应为0.5公里，以便在ISM中的大约0.5 Gyr的旅程中幸存下来，如果它起源于宇宙射线通量增强的区域，则可能更大。这意味着初始N $_2$质量至少比最终值大一个数量级，加剧了解释“Oumuamua”的N $_2$质量预算不足。由于宇宙射线加热和气体碰撞而产生的侵蚀时间也使我们能够对其他类型的冰质星际天体的初始大小设定近似的限制，例如由CO、CO $_2$或CH $_4$组成的天体。对于一个给定的初始大小，我们约束的最大距离的诞生地点的星际物体具有不同的速度。我们还发现，宇宙射线和气体加热可以在摧毁星际物体之前完全改变冰的结构。
2021-10-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Interstellar Gas and X-rays toward the Young Supernova Remnant RCW 86; Pursuit of the Origin of the Thermal and Non-Thermal X-ray
我们已经分析了原子和分子气体使用21厘米HI和2.6/1.3毫米CO的排放对年轻的超新星遗迹（SNR）RCW 86，以确定星际介质与SNR的冲击波相互作用。我们已经发现了一个HI强度抑郁症之间的$-46$和$-28$公里秒$^{-1}$朝向SNR的速度范围内，这表明在星际介质的空腔。HI腔与热发射和非热发射X射线壳重合。热X射线与HI分布的边缘重合，这表明了一个强的密度梯度，而非热X射线被发现朝向密度较低的HI腔的内部。最显著的非热X射线出现在壳的西南部，那里的HI气体追踪着致密和寒冷的成分。我们还确定了一氧化碳云，这可能是相互作用的SNR冲击波在相同的速度范围内的HI，虽然CO云只分布在有限的一部分的SNR壳。最大的云位于壳的东南部，显示出与热X射线的详细对应。这些CO云显示出增强的CO $J$ = 2-1/1-0的强度比，表明激波前缘的加热/压缩。我们解释了激波-云相互作用增强了西南部的非热X射线，而热X射线是由密度为10-100 cm $^{-3}$的激波加热气体发射的。此外，我们可以清楚地看到CO云周围的HI包层，这表明其前身的风比核心坍缩SNR RX J1713.7 $-$ 3949的大质量前身的风弱。RCW 86的前身似乎是一个由一颗白矮星和一颗具有低速吸积风的低质量恒星组成的系统。
2017-04-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic rays in early star-forming galaxies and their effects on the interstellar medium
具有强烈恒星形成的高红移星系是高能宇宙射线的来源。这些宇宙射线与银河系环境的重子和辐射场通过光对、光π介子和质子-质子过程相互作用，产生带电和中性π介子、中子和质子。因此，宇宙射线在传播时将能量储存在星际介质中。我们展示了如何超高能宇宙射线的能量传输和沉积是由星系的演化，特别是由银河系磁场的发展。我们展示了粒子驱动的能量沉积如何影响宿主及其周围环境的热演化。利用一个参数化的原星系模型，我们计算了当星系的磁场演化越来越限制宇宙射线时，对ISM的加热效应。
2017-08-22 astro-ph.HE
Positron excess in the center of the Milky Way from short-lived $β^+$ emitting isotopes
INTEGRAL卫星的观测揭示了银河系中心区域在511千电子伏左右的能量存在着尚未解释的过剩。这些伽马射线是在正电子湮灭过程中产生的，所需的速率约为$10^{42}~\mathrm{s^{-1}}$。在这篇简短的论文中，它表明，在亚相对论宇宙射线（CR）与轻核（CNONe）的相互作用中形成的\pos发射同位素可以占中心区域$e^{+}$产生率的相当大的比例-高达百分之几十。
2016-08-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Determining the Spectrum of Cosmic Rays in Interstellar Space from the Diffuse Galactic Gamma-Ray Emissivity
超过90%的银河系气体相关的伽马射线发射率高于1 GeV是由于中性π介子衰变形成的碰撞之间的宇宙射线和星际物质，轻子诱导的过程变得越来越重要低于1 GeV。鉴于费米空间天文台上的大面积望远镜对~50 MeV和~4 GeV之间的局部星际气体的伽马射线发射率进行了高质量的测量，现在是重新详细研究这一主题的时候了，包括强子产生机制。发射率光谱将使星际宇宙射线光谱能够可靠地确定，为起源和传播研究以及太阳调制模型的输入提供参考。这种分析的方法和说明性的结果。
2013-07-01 astro-ph.HE
Cosmic-Ray Induced Diffuse Emissions from the Milky Way and Local Group Galaxies
宇宙射线充满了星系的整个体积，为星际介质的加热和电离提供了重要的来源，并且可能在恒星形成和星系演化的调节中发挥重要作用。宇宙射线与星际介质、星际辐射场和磁场之间的各种相互作用产生的从射电到高能伽马射线（> 100 MeV）的漫发射，是目前追踪银河系和其他星系中宇宙射线强度和光谱的最佳方法。在这篇文章中，我描述了我们最近的工作，模拟银河系等星系的全光谱能量分布，从无线电到伽马射线能量。其他星系，特别是麦哲伦云和M31的费米-LAT的高能量伽玛射线检测的应用程序，也进行了讨论。
2011-12-07 astro-ph.HE
Where are Milky Way's Hadronic PeVatrons?
在TeV-PeV能量下对银河系的观测揭示了一个明亮的强子宇宙射线的扩散通量，也揭示了γ射线的亮点源。如果伽马射线源是强子宇宙射线加速器，那么它们也一定是中微子源。然而，没有发现中微子源。他们在哪里？我们介绍了一种新的人口为基础的方法来探测银河系强子PeVatrons，要求扩散和点源PeV范围数据之间的一致性宇宙射线，伽马射线和中微子。对于PeVatrons来说，允许两种极端情况：（1）强子宇宙线加速器和伽马射线源是相同的物体，因此存在明亮的中微子源，并且改进的望远镜可以检测到它们，而（2）强子宇宙线加速器和伽马射线源是不同的，因此没有可检测的中微子源。如果强子加速器具有足够薄的列密度，则后一种情况是可能的。我们量化目前的限制和未来的前景，展示如何揭示强子PeVatrons的性质。
2023-01-26 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Tracing the propagation of cosmic rays in the Milky Way halo with Fermi-LAT observations of high- and intermediate-velocity clouds
能量至少达到PeV的宇宙射线通常在一个基本场景的框架中描述，该场景涉及位于银河系盘中的物体（如超新星遗迹或大质量恒星形成区）的加速，然后在整个银河系中扩散传播。到目前为止，传播过程的细节主要是从地球附近测量的宇宙射线的成分推断出来的，然后再外推到整个银河系。关于在星系晕中的传播和逃逸到星系际介质中的细节仍然不确定。特定位置的宇宙射线的密度可以通过它们与星际气体云发生非弹性碰撞时产生的伽马射线来追踪。因此，我们分析了73个月的费米-LAT数据从300 MeV到10 GeV的方向上的几个高，中速云，位于银河系的晕。这些云应该没有内部的宇宙射线源，因此任何从它们发射的伽马射线都是银河系宇宙射线大规模分布的样本。我们第一次评估的伽玛射线发射率每氢原子高达~7千秒差距以上的银河系盘。发现辐射率随着与盘的距离而减小，这提供了相关能量的宇宙射线起源于其中的直接证据。此外，其中一个目标的发射率，上中速拱，暗示在2 kpc的磁盘内宇宙射线强度下降了50%。
2015-07-13 astro-ph.HE
Interstellar protons in the TeV gamma-ray SNR HESS J1731-347:Possible evidence for the coexistence of hadronic and leptonic gamma-rays
HESS J1731-347（G353.6-0.7）是TeV γ射线SNR之一，具有壳状结构。利用~（12）CO（J=1-0）和HI数据，对星际质子的信噪比进行了新的分析。结果表明，在-90 ~-75 km/s的速度范围内，TeV的γ射线壳层与星际质子有显著的空间相关性，对应的速度范围为~5.2 kpc，比之前的图3 kpc大2倍。星际质子的总质量估计为6.4x10^4 M_sun，其中25%是原子气体。我们已经确定了冷HI气体观察到的自吸收表现出显着的对应关系与东北伽玛射线峰。虽然SNR北部的星际质子和TeV伽马射线之间的良好对应支持了TeV伽马射线的强子方案，但SNR壳的南部显示出对应关系的中断;特别是SNR壳的西南边缘显示出星际质子的显着减少了2倍。我们认为，这种差异可以解释为由于轻子伽马射线，因为这个区域与发射非热射电连续辐射和非热X射线的亮壳层相吻合，这表明HESS J1713-347的伽马射线由强子和轻子分量组成。轻子贡献则相当于总伽马射线的~ 20%。假设总伽马射线的80%是强子起源的，宇宙射线质子的总能量在1 GeV - 100 TeV的伽马射线能量范围内估计为10^49 erg。
2014-05-11 astro-ph.HE
Low energy cosmic rays
低能宇宙射线（最高可达GeV能量域）在星际介质的致密相的物理和化学中起着至关重要的作用。与星际电离辐射不同，它们可以穿透大柱密度的气体，到达分子云的核心。通过维持一个小的但不可忽略的气体电离部分，它们决定了等离子体和磁场之间的耦合，这反过来又影响了云的动态演化，并影响了恒星和行星形成的过程。星际云中氢分子的宇宙射线电离也推动了丰富的星际化学，这是通过对电磁波谱的广泛区域（从亚毫米到可见波段）中的谱线的观测所揭示的。天体物理学各个分支的一些最新发展为我们提供了关于低能宇宙射线的前所未有的观点。对于非常局部的星际介质和遥远的星际云，现在都可以对这种粒子的强度进行精确的测量和限制。对这些最新数据的解释目前仍有争议，新出现的情况要求重新评估用来描述银河系中低能宇宙射线的起源和/或传输的情景。
2022-03-28 astro-ph.HE
High-Energy Gamma Rays from the Milky Way: Three-Dimensional Spatial Models for the Cosmic-Ray and Radiation Field Densities in the Interstellar Medium
星际起源的高能伽马射线是由宇宙射线（CR）粒子与银河系中弥漫的气体和辐射场相互作用产生的。这种发射的主要特点是很好地理解和复制现有的CR传播模型采用2D Galactocentric圆柱对称几何。然而，来自费米大面积望远镜等仪器的高质量数据显示，在几到几十度的尺度上，模型预测存在重大偏差，这表明需要包括银河系螺旋结构的细节，因此需要三维空间建模。在本文中，从银河系的高能星际辐射计算使用新版本的GALPROP代码采用三维空间模型的CR源和星际辐射场（ISRF）的密度。CR源的空间分布的三个模型被用来区分其相对比例的输入光度归因于平滑盘或螺旋臂。两个ISRF模型的基础上开发的恒星和尘埃的空间密度分布从文献再现当地的近远红外观测。星际发射模型，包括臂和隆起的CR源和ISRF密度提供合理的物理解释的功能，发现在残留的地图从高能伽马射线数据分析。CR和ISRF密度的3D模型提供了一个更现实的基础，可用于解释来自银河系的非热星际发射。
2017-08-02 astro-ph.HE
Imprints of Cosmic Rays in Multifrequency Observations of the Interstellar Emission
自从宇宙射线（CR）被发现以来，对它在银河系和日球层中传播的模拟取得了重大进展。然而，传播模型遭受许多参数的退化。更复杂的是，最近数据的精确性开始挑战现有的模型。为了解决这些问题，我们使用现有的多频观测的星际辐射从无线电到伽马射线，连同直接CR测量，研究本地星际光谱（LIS）和传播模型。结果表明，在不考虑太阳调制的情况下，电子激光干涉系统的特性得到了很好的描述，并提出了较好的传输模型。更准确地说，我们的分析得出了以下主要结论：（1）电子注入谱至少需要在几个GeV以下的中断;（2）即使与直接CR测量一致，产生具有从几百MeV到几个GeV的大全电子密度的LIS的传播模型也不受射电和γ射线观测的青睐;（3）在考虑太阳调制后，直接的CR测量代表了我们~1 kpc区域的质子LIS的通常假设受到了观测到的局部γ射线HI发射率的挑战。我们提供由此产生的质子LIS，全电子LIS和传播参数，基于同步加速器，伽马射线，和直接CR数据。提出了一个简单的扩散模型和一个试探性的扩散-再加速模型。各种型号的研究在银河系内区域的X射线和伽马射线。预测未来的伽马射线仪器（e-ASTROGAM和AMEGO）的星际发射。
2018-04-18 astro-ph.HE
Magnetohydrodynamic turbulence and propagation of cosmic rays: theory confronted with observations
宇宙线的传播是由星际湍流的性质决定的。星际介质的多相性和驱动机制的多样性导致了湍流特性的空间变化。与此同时，精密的天体粒子实验对传统的宇宙射线（CR）均匀和各向同性输运理论提出了挑战。在粒子输运和星际湍流研究相互碰撞的背景下，我们为CR传播研究开辟了一个新的领域。在这里，我们回顾了我们最近的发展的理解磁流体动力学（MHD）湍流及其连接的基本过程，宇宙射线传播，粒子输运的不同制度，这是增强与观测发现和分析，从多波长观测。
2021-09-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Solid State Astrophysics: Probing Interstellar Dust and Gas Properties with X-rays
星际介质中气体和尘埃（固体和复杂分子）的丰度以及它们的组成和结构影响着几乎所有的天体物理学。从恒星形成到恒星风再到星系形成的基本过程都与金属的数量成比例。然而，在绝对和相对丰度以及这些丰度如何随环境变化方面仍然存在重大的不确定性，例如，恒星光球与星际介质（ISM）。虽然紫外线，光学，红外线和无线电研究已经大大提高了我们对ISM气体和尘埃的理解，但它们不能在所需的整个柱密度范围内提供统一的结果。相比之下，X射线将在宽范围的柱密度（log NH=20-24 cm^-2）下穿透冷（3 K）到热（100，000，000 K）宇宙中的气体和尘埃，留下反映组成气体的单个原子的光谱特征、分子或固体。* 因此，X射线是一种强大而可行的资源，可用于深入研究相对未开发的区域，以确定气体丰度和尘埃性质，例如通过吸收研究确定成分，电荷状态，结构和数量，以及通过散射晕确定分布。
2009-02-26 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Detectability of Wandering Intermediate-Mass Black Holes in the Milky Way Galaxy from Radio to X-rays
中等质量黑洞（IMBHs，$10^{3-6} \, \rm{M_\odot}$）通常在矮星系的中心被发现，并且可能在银河系（MW）中游荡，迄今未被发现。我们使用模型谱对流为主的吸积流计算典型的通量，在一个范围内的频率从无线电到X-射线，发射的一个假定的人口的$10^5 \, \rm{M_\odot}$ IMBHs徘徊在五个现实的，体积加权，MW的环境。我们预测，$\sim 27\%$的游荡IMBHs可以检测到的X射线与钱德拉，$\sim 37\%$在近红外与罗马空间望远镜，$\sim 49\%$在亚毫米与CMB-S4和$\sim 57\%$在无线电与ngVLA。我们发现，最亮的通量发射的IMBHs通过分子云或冷中性介质，在那里他们总是可以检测到的。我们建议的标准，以方便选择的候选人在多波长的调查。具体来说，我们计算的X射线光学比（$α_{\rm ox}$）和光学亚毫米比，作为一个函数的吸积率的IMBH。我们发现，在低速率的亚毫米发射的IMBHs是显着高于光学，紫外和X射线发射。最后，我们把上限的数量$N_\bullet$这些对象在MW：$N_\bullet<2000$和$N_\bullet<100$，根据我们的可探测性的预期和目前缺乏的检测分子云和冷中性介质，分别。这些预测将指导未来在MW中搜索IMBH，这将有助于了解它们的人口统计和演变。
2022-07-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Diffusion of Cosmic Rays in a Multiphase Interstellar Medium Swept-Up by a Supernova Remnant Blast Wave
超新星遗迹（SNRs）是最具能量的天体物理事件之一，被认为是银河系宇宙射线（CR）的主要来源。费米卫星最近的一份观测报告显示，信噪比的伽马射线谱中存在π介子衰变的特征。这提供了强有力的证据表明，高能质子在SNR中被加速。π介子衰变的实际γ射线辐射应取决于CR在星际介质中的扩散。为了定量分析从加速站点的高能量CR的扩散，我们已经进行了CR质子的测试粒子数值模拟使用三维磁流体动力学（MHD）模拟的星际介质被冲击波扫起。我们分析了在我们模拟的信噪比中几个pc量级的CRs的扩散，发现CRs的扩散精确地由Bohm扩散描述，这是有效加速所需的，至少对于实际的星际介质，能量超过30 TeV的粒子。虽然我们在模拟中发现了超扩散过程（传播距离与t^0.75成正比）的可能性，但在SNR中湍流的长度尺度上，它对CR扩散的影响是有限的。
2015-06-16 astro-ph.HE
GALPROP: modeling cosmic ray propagation and associated interstellar emissions
现代物理学和天体物理学许多领域的研究，例如，对暗物质、SNR冲击中的粒子加速以及河外伽马射线背景的光谱和起源的间接搜索，在很大程度上依赖于对宇宙射线和相关扩散辐射的研究。探索这些未决问题的新的或改进的工具已经准备就绪或正在开发中。一个由地面、气球和航天器仪器组成的舰队测量了许多CR物质、伽马射线、无线电和同步辐射。要最充分地利用科学飞行任务收集的数据，就需要使用数值模型进行可靠和详细的计算。GALPROP是目前最先进的数值CR传播代码，已成为CR和扩散伽马射线研究的标准分析工具。它使用天体物理信息，核和粒子数据作为输入，以自洽地预测CR，伽马射线，同步辐射和其他观测数据。本文综述了GALPROP的最新进展和结果。
2011-05-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic-ray-induced ionization in molecular clouds adjacent to supernova remnants
高能伽马射线（GeV到TeV光子能量）已经被探测到朝向与分子云相关的几个超新星遗迹（SNR）。如果伽马射线主要是由强子过程而不是像韧致辐射这样的轻子过程产生的，那么产生伽马射线所需的高能宇宙射线核（>1 GeV）的通量就可以在粒子在SNR冲击中被加速的地方推断出来。理解伴随高能成分的较低能量（<1 GeV）的宇宙射线的加速是非常有意义的。这些较低能量的粒子在电离星际气体时最有效，这在星际离子化学中留下了可观察到的印记。高能γ辐射与增强的星际电离的相关性因此可以用来支持γ射线的强子起源，并约束电离宇宙射线在SNR中的加速。利用观测到的伽马射线数据，可以为E >1 GeV的初级宇宙射线质子谱建模，并将谱仔细外推到较低的能量，从而提供了一种计算分子云电离率的方法。
2012-09-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Interplay between Escaping Cosmic Rays and Interstellar Medium: Driving of Galactic Winds and Shaping the Local Proton Spectrum
Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）；Department of Physics, Graduate School of Science, Nagoya University（名古屋大学理学研究科物理学系）
研究逃逸宇宙射线对星际介质的影响，通过球对称的CR-流体动力学模拟，探讨CR能量谱、辐射冷却和热传导的演化，揭示CR加热对超新星残骸观测的潜在影响，并提出对本地质子谱的解释。
2026-04-06 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
The Fermi-LAT view of cosmic rays and interstellar gas in the Cygnus region: a not so special spot of the Local Arm
天鹅座地区的主机最显眼的恒星形成区域靠近太阳，嵌入在一个巨大的复杂的分子云在本地手臂。我们提出了一个分析的费米-LAT观测天鹅座打算探测宇宙射线和星际物质的内容。根据伽马射线数据，我们估计在距离1.4 kpc的复合体中，星际气体的总质量为（8 + 5 - 1）x 10^6太阳质量。来自原子气体的伽马射线发射支持来自无线电吸收/发射对的平均HI自旋温度，以估计其柱密度。在大质量天鹅座复合体中得出的X（CO）= N（H2）/W（CO）比值与其他LAT对本地和英仙座臂云的估计一致。暗气体的质量，逃脱HI和CO观测，但被尘埃和伽马射线追踪，占总量的10%。我们发现，在0.1 - 100 GeV能带中，每个星际H原子的平均γ射线发射率与本地臂其他部分的测量结果非常一致。尽管天鹅座存在潜在的加速器，而且与太阳系相比，天鹅座的星际密度要大得多，但沿着本星系臂，平均超过几百秒差距的射线密度和光谱是相当均匀的它们的宇宙射线数量在这样的尺度上是相似的。
2011-10-31 astro-ph.HE
Hard spectrum of cosmic rays in the Disks of Milky Way and Large Magellanic Cloud
当地测量的宇宙射线光谱的斜率从2.8（能量低于200 GeV的质子）到2.5（能量在TeV-PeV范围内的重核）不等。目前尚不清楚局部测量的斜率值是否代表银河系宇宙射线的总体斜率值，以及宇宙射线光谱的斜率是否在整个银河系中变化。本文利用费米空间γ射线望远镜的观测数据，导出了宇宙射线谱在银盘上的斜率，并与大麦云云的宇宙射线谱进行了比较。一个特殊的背景估计区域的选择，使我们能够挑选出中性π衰变的伽马射线通量的能量范围内超过10 GeV的成分，并将其从（a）从太阳系周围的本地星际介质的发射和（b）从宇宙射线电子产生的逆康普顿发射。结果在10 GeV - 1 TeV的能带中，银河系盘的π衰变γ射线辐射的光谱斜率为2.4。没有证据表明斜率随银河系经度/距银河系中心的距离而变化。从伽马射线数据得到的宇宙射线谱的斜率为2.45，比当地观测到的宇宙射线质子谱的斜率更硬。从具有相同硬斜率的宇宙射线的幂律分布中发射的π介子衰变也提供了与大麦云的伽马射线谱的拟合。银河系和大麦云云中宇宙射线光谱的相同和硬斜率与一个简单的理论模型相一致，在该模型中，宇宙射线是通过冲击加速注入的，其光谱斜率为2. 2.1然后再修改1/3... 1/2是由宇宙射线通过湍流的银河系磁场的能量依赖性逃逸造成的。
2015-05-28 astro-ph.HE
Escape of cosmic rays from perpendicular shocks in the interstellar magnetic field
研究了星际介质中球形激波从垂直激波区逃逸的过程。超新星遗迹（SNRs）的垂直激波中的扩散激波加速被认为可以在没有上游磁场放大的情况下将宇宙射线（CR）加速到PeV量级。我们估计了由从垂直激波区逃逸所限制的CR的最大能量。通过进行测试粒子模拟，我们证实了理论估计，表明逃逸限制的最大能量在垂直冲击是几个10 TeV的典型Ia型信噪比。因此，为了使ISM中的SNR将CR加速到PeV级别，需要上游磁场放大。几个10 TeV的特征能量标度可能是最近的直接CR观测报告的10 TeV附近的光谱突变的起源。此外，我们还发现，在自由膨胀阶段，快速的垂直激波加速作用在整个激波表面的约20%的面积上，这比超光速激波区的大小要大。我们还讨论了CR电子从垂直激波中的逃逸。
2021-10-01 astro-ph.HE
Constraining the Milky Way Dark Matter Density Profile with Gamma-Rays with Fermi-LAT
我们研究的费米-LAT仪器上的费米任务，同时约束银河系暗物质密度分布和一些暗物质粒子的属性，作为湮灭截面，质量和分支比到占主导地位的湮灭通道的能力。一个单一的暗物质密度分布通常被认为是确定伽马射线实验的能力，以提取暗物质属性或设置限制。然而，我们对银河系晕的了解还远远不够完善，因此总的来说，所获得的结果过于乐观。在这里，我们研究这些天体物理学的不确定性将有暗物质粒子属性的确定的影响，相反，我们展示了如何伽马射线搜索也可以用来了解银河系晕的结构，作为一种补充工具，其他类型的观测数据，研究引力效应所造成的暗物质的存在。此外，我们还展示了这些结果将如何改善，如果外部信息的湮灭截面和当地的暗物质密度包括和比较我们的结果与数值模拟的预测。
2012-03-01 astro-ph.HE hep-ph
Anisotropy of TeV Cosmic Rays and the Outer Heliospheric Boundaries
在地球上观测到能量范围从10 GeV到几百TeV的宇宙射线，其能量依赖的各向异性为0.01- 0.1%，并且在更高的能量下出现明显变化的一致拓扑结构。最近和最近的银河宇宙射线源可能随机主导观测，并可能解释作为能量函数的各向异性方向的变化。然而，扩散近似不能解释其非偶极结构，特别是小角尺度特征的显著贡献。粒子在局部星际介质中的平均自由程内的传播可能在确定银河系宇宙射线的性质方面起着重要作用，例如它们的到达分布。特别是，散射在本地星际磁场中引起的扰动的日光层尾流，可能会导致重新分布的各向异性宇宙射线低于约100 TeV的方向拉长的日尾和本地星际磁场在外部日光层。这种散射过程被认为是负责所观察到的TeV宇宙线的全球各向异性和精细的角结构。
2012-10-29 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.space-ph
Fermi LAT Study of the Cosmic-rays and the Interstellar Medium in Nearby Molecular Clouds
我们报告了用{ \it Fermi}大视场望远镜（LAT）对来自附近分子云Chamaeleon、R Coronae Australis（R CrA）以及Cepheus和Polaris耀斑区域的星际伽马射线发射的分析。它们是最近的分子云复合体之一，距离太阳系300 pc以内。这些分子云中的宇宙射线（CR）与星际气体相互作用产生的γ射线辐射对研究太阳系附近分子气体的CR密度和分布是有用的。从250 MeV到10 GeV，这三个区域的γ射线发射率约为（6- 10）$\times$ 10 $^{-27}$光子s $^{-1}$ sr $^{-1}$ H原子$^{-1}$，表明即使考虑系统不确定性，CR密度的变化也为$\sim$的20%.分子质量校正比$X_{\rm CO} = N{\rm (H_2)}/W_{\rm CO}$在三个区域之间约为（0.6- 1.0）$\times$ 10 $^{20}$ H $_2$ -molecule cm $^{-2}$（K km s $^{-1}$）$^{-1}$，表明$X_{\rm CO}$在太阳系附近存在变化。根据所得到的$X_{\rm CO}$值，我们计算了这些分子云中由\Wco \示踪的分子气体的质量。此外，在原子和分子气体之间的界面处也推断出类似数量的暗气体。
2013-03-08 astro-ph.HE
The History of The Milky Way: The Evolution of Star Formation, Cosmic Rays, Metallicity, and Stellar Dynamics over Cosmic Time
本文构建包含恒星形成、宇宙线、金属、动力学及物质流的银河系长期演化模型，再现当前观测，并预言未知吸积流与超新星能量驱动的弥散热等离子体。
2023-12-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
How Many of the Observed Neutrino Events Can Be Described by Cosmic Ray Interactions in the Milky Way?
宇宙射线在星际介质中扩散，并与物质和辐射相互作用，只要它们被困在银河磁场中。冰立方实验已经探测到一些TeV-PeV中微子事件，其起源尚不清楚。我们研究这些事件的全部或一部分是否可以用宇宙射线与物质的相互作用来描述。我们考虑的平均目标密度需要解释他们为不同的晕的大小和形状，宇宙射线的化学成分的影响，中微子事件的方向信息的影响，以及从伽马射线边界和它们的方向的约束。我们不需要宇宙射线逃逸时间或注入我们的方法的知识。我们发现，在所有的约束条件下，在冰立方观测到的中微子事件中，最多只有0.1可以用宇宙射线与物质的相互作用来描述。此外，我们表明，目前建立的宇宙射线的化学成分相矛盾的峰的中微子光谱在PeV的能量。
2014-10-11 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Deciphering Residual Emissions: Time-Dependent Models for the Non-Thermal Interstellar Radiation from the Milky Way
银河系中的宇宙射线（CR）是星际介质（ISM）的重要动力学组成部分，它与其他主要组成部分（星际磁场和辐射场以及气体）相互作用，产生跨越电磁波谱的宽带星际辐射。CR传播和产生相关排放的标准建模是基于稳态假设，其中CR源空间密度使用不随时间演变的位置的平滑变化函数来描述。虽然这是一个方便的近似值，但实际情况并非如此，其中原发性CR产生于高度局部化的区域中或附近，例如，超新星遗迹，它们的寿命有限。在本文中，我们使用最新版本的GALPROP CR传播代码的模型依赖于时间的CR注入和传播通过ISM从一个现实的三维离散CR源密度分布，连同完整的三维模型的其他主要ISM组件，并预测相关的宽带非热排放。我们比较了离散和等效稳态模型的预测，发现前者预测的宽带非热排放的稳态情况下不存在的新功能。由离散模型预测的一些特征可以在WMAP和普朗克，最近发射的eROSITA，Fermi-LAT以及HESS，HAWC和即将到来的CTA的地基观测中观察到。由离散模型预测的非热发射也可以解释高能伽马射线数据中令人困惑的异常，例如费米-LAT北/南不对称性和所谓的“费米气泡”等残差。
2019-12-31 astro-ph.HE
The effects of cosmic rays on the formation of Milky Way-mass galaxies in a cosmological context
我们研究的宇宙射线（CR）和不同模式的CR输运银河系质量的星系的性质在宇宙学磁流体动力学模拟的背景下的AURIGA项目的影响。我们系统地研究了平流、各向异性扩散和附加阿尔芬波冷却对银盘和环银道介质（CGM）的影响。全球性能，如恒星质量和恒星形成率之间的模拟变化不大，没有各种CR运输物理，而结构性能，如光盘的大小，CGM密度或温度可以强烈影响。在我们的模拟中，CRs通过修改CGM流结构来影响星系上气体的吸积。这改变了角动量分布，表现为恒星和气体盘大小的差异。这种影响的强度取决于CR传输模型：CR平流导致最紧凑的光盘，而阿尔文波模型更类似于AURIGA模型。平流和扩散模型表现出大（$r\sim50$千秒差距）CR压力占主导地位的气体晕，造成更平滑和部分冷却CGM。额外的CR压力平滑小规模密度峰值，并补偿在较低CGM温度下缺失的热压力支持。相反，阿尔文波模型只是在盘晕界面处的CR压力占主导地位，只有在这个模型中，强子相互作用的γ射线发射与观测一致。与以前的研究结果相比，我们得出结论，CR运输的细节是至关重要的准确预测CR反馈对星系形成的影响。
2020-07-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Model of Cosmic Ray Propagation in the Milky Way at the Knee
提出一种银河系各向异性宇宙线传播新模型，发现膝区能谱具有时空依赖性且PeV宇宙线分布呈团块状不均匀，对极高能伽马射线和中微子通量的计算与解释具有重要意义。
2023-05-17 astro-ph.HE
Study of the Cosmic Rays and Interstellar Medium in Local HI Clouds using Fermi-LAT Gamma-Ray Observations
星际气体密度分布的准确估计对于理解星际介质和银河宇宙射线是至关重要的。为了理解ISM和CR在当地的环境中，弥漫$γ$射线发射在第三象限的中纬度地区进行了研究。利用费米大天区望远镜（LAT）0.1- 25.6 GeV能区的$γ$射线数据和其他星际气体示踪剂如HI 4 PI巡天数据及普朗克尘埃热辐射模型，分别对南北两区进行了分析。研究了高温地区沙尘排放Dem随中性气柱总密度NH的变化规律，并在假设CR强度均匀的条件下，利用$γ$射线资料标定了NH/Dem比值。测得的100 MeV以上的积分$γ$射线发射率在北部和南部地区分别为$(1.58\pm0.04)\times10^{-26}~\mathrm{photons~s^{-1}~sr^{-1}~H\mbox{-}atom^{-1}}$和$(1.59\pm0.02)\times10^{-26}~\mathrm{photons~s^{-1}~sr^{-1}~H\mbox{-}atom^{-1}}$，支持太阳系附近存在均匀的CR强度。虽然大多数气体可以被解释为具有$T_\mathrm{S} = 125~\mathrm{K}$或更高自旋温度的HI，但识别出由具有$T_\mathrm{S} \sim 40~\mathrm{K}$的光学厚HI主导的区域。
2020-02-04 astro-ph.HE
Cosmic Rays and Interstellar Medium with Gamma-Ray Observations at MeV Energies
最新的精确宇宙射线（CR）测量和目前的伽马射线观测已经开始挑战我们的理解CR运输和相互作用在银河系。此外，由于CR的密度与星际介质（ISM）中的磁场、气体和星光的密度相似，因此CR预计会影响ISM的动力学，包括决定运输和恒星形成的物理和化学过程。在这种背景下，观测低能回旋共振产生的MeV γ射线辐射是非常重要和紧迫的。一个覆盖能量范围在~0.1 MeV和几GeV之间的望远镜，其灵敏度比以前的仪器高出一个数量级以上，将首次允许详细研究低能CR，提供有关其来源、整个银河系的光谱、丰度、传输特性及其在银河系演化和恒星形成中的作用的信息。在这里，我们讨论的CR，ISM（气体，星际光子，和磁场）和相关的伽马射线发射与这样的仪器的研究的科学前景。
2019-03-13 astro-ph.HE
Interstellar gamma-ray emission from cosmic rays in star-forming galaxies
费米/LAT在~0.1- 100 GeV范围内对恒星形成星系的观测使第一次人口研究成为可能。发现了伽马射线光度和恒星形成活动示踪物之间相关性的证据。研究各种全球条件下的银河系宇宙射线（CR）可以获得有关其起源和在星际介质（ISM）中传输的信息。这项工作解决的问题，可以预期的星际伽马射线发射作为全球星系属性的函数的标度律，建立在GeV范围内的当前实验数据是否可以约束的目标。我开发了一个2D模型的非热辐射的稳定状态CR人口与ISM在恒星形成的星系。大多数与CR相关的参数取自银河系研究，然后模拟了大量的星系，大小从4到40 kpc，几种气体分布，恒星形成率（SFR）涵盖六个数量级。在100 keV-100 TeV范围内的伽马射线光度的演变，重点是不同的发射过程和粒子群的贡献，和运输制度之间的过渡。该模型可以重现从费米/LAT人口研究中推断出的大部分SFR范围内的归一化和趋势。这是一个平原扩散计划，一个单一的扩散系数，并假设CR经历大规模的体积平均星际条件。然而，高能伽马射线光度和恒星形成活动之间并没有普遍的关系，正如不同的银河系全球性质所引入的散射和低端伽马射线发射的下降所说明的那样。
2014-02-03 astro-ph.HE
Fluxes of diffuse gamma rays and neutrinos from cosmic-ray interactions with circumgalactic gas
银河系被一个引力束缚的气体日冕所包围，气体日冕一直延伸到银河系的维里半径。宇宙射线粒子与这种气体的相互作用产生了高能次级伽马射线和中微子。我们提出了一个定量分析的中微子和伽马射线通量的日冕的银河系连同其他星系的日冕的综合贡献。高能中微子通量不足以解释冰立方的结果，而对费米-LAT扩散γ射线通量的贡献是不可忽略的。
2016-09-16 astro-ph.HE
The interstellar environment in the outer Galaxy as seen in gamma rays by Fermi
由宇宙射线（CR）和星际气体之间的相互作用产生的伽马射线辐射在整个银河系中追踪其密度的乘积。外星系是一个特权的调查目标，以分离沿视线看到的星际结构。费米大面积望远镜（LAT）最近的观测揭示了EGRET时代关于CR密度分布和星际介质普查的公开问题。在银河系外测得的伽马射线发射率的梯度比广泛使用的CR传播模型的预测要平坦得多，因为假定的CR源在太阳圈之外迅速下降。需要大的传播体积，晕高度高达20千秒差距，或平坦的CR源分布来匹配数据。其他可行的可能性包括不均匀的CR扩散特性或比无线电/毫米波数据所占的更多的气体。伽马射线数据限制了Xco=N（H2）/W（CO）比在距离太阳几千秒差距内的演化。从古尔德带附近的云层到当地的支线，有一个明显的2倍的增加。没有进一步的显着变化，测量从当地的马刺英仙座螺旋arm. At水平的LAT数据提供的统计精度，最重要的来源的不确定性，往往被忽视，到目前为止，是由于光学深度校正适用于导出的列密度的H I。可靠地确定平面中原子气体的数量是更好地探测银河系中CR性质的关键。
2010-12-02 astro-ph.HE
